롤러 전압 콘크리트 포장의 공기량 및 기포간격계수와 장기 내구성의 상관관계 분석을 위한 실험적 연구
Experimental Study on Correlation Analysis of Air-void, Air-spacing factor and Long-term Durability for Roller-compacted Concrete pavement
이`준`희 Lee, Jun Hee 정회원·강릉원주대학교 토목공학과 석사과정 (E-mail : [email protected])
이`승`우 Lee, Seung Woo 정회원·강릉원주대학교 토목공학과 교수·공학박사·교신저자 (E-mail : [email protected])
1. 서론
현대 사회에서 국내는 물론 전 세계적으로 대기 중의 이산화탄소 농도 증가에 따른 지구 온난화 현상의 가속 화로 인해 산업 전반에 대한 친환경성이 대두되고 있다.
사회기반 시설인 도로에서 우수한 내구성과 높은 경제 성으로 인해 지속적인 증가 추세를 보이는 시멘트 콘크 리트 포장 내부의 결합제인 시멘트는 1톤을 생산할 때 약 870kg의 이산화탄소를 배출하는 것으로 알려져 있
Int. J. Highw. Eng. Vol. 18 No. 1 : 63-72 FEBRUARY 2016 http://dx.doi.org/10.7855/IJHE.2016.18.1.063
ABSTRACT
PURPOSES : The use of roller-compacted concrete pavement (RCCP) is an environmentally friendly method of construction that utilizes the aggregate interlock effect by means of a hydration reaction and roller compacting, demonstrating a superb structural performance with a relatively small unit water content and unit cement content. However, even if an excellent structural performance was secured through a previous study, the verification research on the environmental load and long-term durability was conducted under unsatisfactory conditions. In order to secure long- term durability, the construction of an appropriate internal air-void structure is required. In this study, a method of improving the long-term durability of RCCP will be suggested by analyzing the internal air-void structure and relevant durability of roller-compacted concrete.
METHODS : The method of improving the long-term durability involves measurements of the air content, air voids, and air-spacing factor in RCCP that experiences a change in terms of the kind of air-entraining agent and chemical admixture proportions. This test should be conducted on the basis of test criteria such as ASTM C 457, 672, and KS F 2456.
RESULTS : Freezing, thawing, and scaling resistance tests of roller compacted concrete without a chemical admixture showed that it was weak. However, as a result of conducting air entraining (AE) with an AE agent, a large amount of air was distributed with a range of 2~3%, and an air void spacing factor ranging from 200 to 300 ㎛ (close to 250 ㎛) coming from PCA was secured. Accordingly, the freezing and thawing resistance was improved, with a relative dynamic elastic modulus of more than 80%, and the scaling resistance was improved under the appropriate AE agent content rate.
CONCLUSIONS : The long-term durability of RCCP has a direct relationship with the air-void spacing factor, and it can be secured only by ensuring the air void spacing factor through air entraining with the inclusion of an AE agent.
Keywords
RCCP, roller-compacted concrete, air spacing factor, surface scaling resistance test, freezing and thawing resistance test, durability
Corresponding Author : Lee, Seung Woo, Professor
Department of Civil Engineering, Gangneung-Wonju National University, 7, Jukheon-gil, Gangneung City, Gangwon Province, 25457, Korea
Tel : +82.33.640.2419 Fax : +82.33.641.1391 E-mail : [email protected]
International Journal of Highway Engineering http://www.ksre.or.kr/
ISSN 1738-7159 (print) ISSN 2287-3678 (Online)
Received Nov. 30. 2015 Revised Dec. 2. 2015 Accepted Jan. 18. 2016
다(한형섭, 2009). 이에 따라 시멘트 콘크리트 포장 고 유의 우수한 성능을 확보하면서 상대적으로 적은 단위 시멘트량을 사용하여 CO2 발생의 저감으로 친환경성 및 경제성을 확보하고, 정량화된 아스팔트 시공 장비의 이용 으로 신속하고 간소한 시공절차를 확보할 수 있는 롤러 전압 콘크리트 포장 공법(RCCP; Roller Compacted Concrete Pavement)의 도입이 요구된다(송시훈, 2015).
롤러 전압 콘크리트 포장의 혼합물은 아래의 Fig. 1과 같이 적은 단위 시멘트량을 보유하여 이산화탄소 발생 저감 효과로 친환경적인 공법이며 전압을 통한 골재 맞 물림 효과로 기존의 시멘트 콘크리트 포장과 유사한 강 도 특성과 간소화된 시공 장비 구성과 빠른 시공시간으 로 인해 매우 경제적이다. 이창호(2011) 등의 연구에서는 자전거 도로용 롤러 전압 콘크리트의 기초 물성에 대한 연구를 진행하였다. 다양한 배합조건별 강도 실험으로 21Mpa 이상의 소요 강도에 충족하는 적정 배합조건을 도출하였고, 도출된 배합조건을 이용한 환경하중 저항성 평가를 실시하였다. 평가 결과, 다짐에 의해 충분히 분포 된 작은 기포와 조밀한 간극계수 형성으로 2.5%, 1.8%
정도의 낮은 공기량을 보유함에도 상대동탄성계수가 80%를 상회하며 동결-융해 저항성이 우수한 것으로 확 인되었다. 최근 송시훈(2015) 등의 연구에서는 골재입도 가 도로 포장용 롤러 전압 콘크리트에 미치는 특성에 대 한 연구를 실시하였으며, 19mm 굵은 골재와 잔골재를 이용하여 입도 Band 영역을 재설정하였다. 그 결과, 미 립자 부분은 롤러 전압 콘크리트 포장의 컨시스턴시-건 조단위중량-강도에 대해 영향이 미미하므로, 골재선정 시 60번체 이하를 통과하는 미립자는 배제시켜도 우수 한 품질 확보가 가능한 것으로 확인되었다. 그러나 국내 의 선행 연구들의 경우 환경하중에 따른 장기 내구성에 대한 검토는 자전거 도로의 목적으로만 이루어졌으며,
차량 주행용 롤러 전압 콘크리트 내부의 공극 구조와 장 기 내구성간의 분석을 위한 연구는 미흡한 실정이다.
일반 시멘트 콘크리트는 연행 공기와 갇힌 공기로 형 성된 적정량의 공극이 존재한다. 그러나 Luhr, D.
R.(2006) 등의 연구에 의하면 롤러 전압 콘크리트 내부 의 공극 구조는 다짐으로 인한 전압과정 동안 다수의 불 규칙 형상의 공극을 조밀한 간격으로 형성시키며 공기 공극의 하한선은 1.5%, 최대 250μm의 기포간격계수가 우수한 내구성을 확보 가능할 것으로 제안하고 있다. 따 라서 본 연구에서는 차량 주행용 롤러 전압 콘크리트 포 장의 혼화제 혼입에 따른 공기량 및 기포간격계수의 변 화를 확인하고, 이를 바탕으로 동결-융해 및 스케일링 저항성 결과값과 내부 공극 구조와의 상관관계를 분석 하여 장기 내구성에 대한 개선책을 제시하고자 한다.
2. 롤러 전압 콘크리트 및 내부 공극 특성 2.1. 롤러 전압 콘크리트의 특성
롤러 전압 콘크리트 포장은 슬럼프 0cm의 혼합물을 포설한 뒤, 롤러에 의한 전압을 수행하는 공법이다. 롤 러 전압에 의한 골재간의 맞물림 효과로 상대적으로 적 은 단위수량 및 단위시멘트량를 보유했음에도 기존 콘 크리트 포장과 유사한 강도 발현 특성을 보유하였으며, 전압에 의한 고밀도의 콘크리트 생성과 빠른 시공속도 로 인하여 경제성에 유리한 측면을 보유한 공법이다.
Fig. 2는 RCC 역사를 나타낸 것으로 1940년대 북미 지역의 활주로 공사에 적용되었으며, 이후 1980년대부 터 국방 분야에서 연구가 활발히 진행되었다. 2000년 대 초반부터 미국의 부체도로, 주차장과 같은 민간 및 공공시장 분야에서 많은 적용을 실시하였다(Dale Harrington et al, 2010). Table 1은 롤러 전압 콘크 리트 포장과 기존 포장공법들을 비교한 것으로 롤러 전 압 콘크리트는 거푸집, 마무리 장비 등이 요구되지 않으 므로 시공장비의 간소화가 가능하며, 일반 시멘트 콘크 리트 포장에 비해 짧은 양생기간으로 조기 교통개방을 도모할 수 있는 장점이 있다.
Fig. 1 Typical Material Comparisons of Conventional Concrete and RCC (Dale Harrington et al, 2010)
Fig. 2 History of RCC (Dale Harrington et al, 2010)
Cement + Fly Ash
Coarse Aggregate
Fine Aggregate
Water Conventional concete RCC Percent Total Weight
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
2.2. 롤러 전압 콘크리트의 공극 특성
동해의 영향을 받는 콘크리트의 내구성 향상을 위해서 는 내부의 공기 공극이 매우 중요한 역할을 수행한다. 공 극은 AE제에 의한 연행 공극과 갇힌 공극으로 구분 가능 하다. 공극은 내부로 침투된 수분의 통로 역할을 수행하 며, 동결 시 체적변화로 인한 팽창압 완화 효과로 내동해 성이 증대되어 내₩외부의 균열발생을 억제시킨다.
기포간격계수(Air-Spacing Factor)는 평균크기의 공극을 입방체에 배치시켜 이방체의 반대편에 위치한 두 공극의 외주 사이의 거리를 반으로 나눈 값을 의미하 며, 내부 공극의 분포 정도와 공극간의 간격을 평가할 수 있는 기준으로 사용된다. Fig. 3은 기포간격계수의 개념을 보여주고 있다(황효재 외, 2010).
Luhr, D. R.(2006) 등의 연구에 따르면 롤러 전압 콘크리트 혼합물의 경우 다짐으로 인한 압축 과정동안 형성된 다수의 불규칙 형상의 공극을 특징으로 한다. 공 기 공극의 하한선은 1.5%이고, 이로 인해 생성된 기포 간격계수가 동결융해에 대한 내구성에 직접적으로 관련 되어 있으며, Fig. 4와 같이 최대 250μm의 기포간격계 수가 우수한 내구성을 확보 가능할 것으로 제안하였다.
하지만 롤러 전압 콘크리트의 경우 전압 과정에 따른 내 부 공기 공극의 소산과 외부 유출 과정이 발생되므로 기 포간격계수의 변동폭이 클 것으로 판단된다.
3. 장기내구성 실험 방안 3.1. 실험조건
실험에 사용할 공시체의 배합 유형의 경우 혼화제 혼입 방식 및 비율에 따라 Table 2와 같이 6가지로 구분하여 명명하였고, 배합 특성은 Table 3과 같다. 혼화제의 종류 는 워커빌리티 및 시공시간 확보를 위한 목적으로 분말형 의 나프탈린계 고성능 감수제인 PNS(Poly Naphtalene
Table 1. RCCP Compared with the General Packing
Method (Lee, Byung-Chul et al, 1996)
Type of pavement AC pavement
PCC pavement
RCC pavement Material
(Surface layer) Asphalt mixture
Portland cement concrete (Slump 4~6cm)
Roller compacted concrete (Slump 0cm)
Construction equipment
Asphalt paver, compaction
equipment
Form, concrete paver &
finisher (Organizing large-
scale machine)
Asphalt paver, compaction
equipment
Deformability Strain occurs
frequently No rutting No rutting Abrasion Large 50% lower than
asphalt
50% lower than asphalt Color tone Black Light white Light white
Trafficability Comfortable
Insufficient compared to asphalt pavement
(joint cause)
Better than PCC (wide joint spacing)
Noise Low Higher than asphalt pavement
Lack of data (not rating) Smoothness PrI = 10cm/km PrI = 24cm/km PrI = 48cm/km
Earliest traffic
When surface temperature falls to ordinary
temperature
Usually requires two weeks of
curing
3 days after curing more early access is possible for light
loads Construction
speed 2~4m/min 0.4~0.5m/min 0.5~1m/min
Characteristics of pavement
Fig. 3 Concept of Air-Spacing Factor (Richard et al, 2001)
Fig. 4 Durability Factor Versus the Air-Spacing Factor (Luhr, D. R. et al, 2006)
Table 2. Experimental Condition for Roller Compacted Concrete Pavement
Type of mixture
Admixture ratio(%, wt. of cement) PNS AE agent - 1
(Normal-performance)
AE agent - 2 (High-performance)
Ref - - -
PNS 0.3 - -
N-0.05 0.1 0.05 -
N-0.1 0.1 0.1 -
H-0.05 0.1 - 0.05
H-0.1 0.1 - 0.1
Sulfonate)를 사용하였다. 혼합물의 슬럼프가 0cm인 된 배합이므로 ASTM C 1170/1170M에 의거한 Vebe Time 의 측정으로 워커빌리티 및 시공 가능 시간을 평가하였으 며, 적정 Vebe Time의 범위는 ACI 325.10R-25에서 제 시한 30~40초와 Farshid et al(2010)의 연구에서 제시 한 50~75초를 고려해 본 연구에서는 30~75초로 선정하 였다.
Table 4는 경과 시간별 Vebe Time을 측정한 것이 다. 최초 혼합물 제조 후 2시간이 경과된 시점에서 측정 된 Vebe Time이 앞서 선정한 범위에 충족되었으며 혼 합부터 현장 포설까지 약 2시간의 시공시간 확보가 가 능한 것을 확인하였다. 이와 더불어 일반 및 고성능 AE 제의 혼용으로 콘크리트 내에 미세한 공기포를 연행시 켜 내구성 증대를 도모하였다.
그러나 실내에서 수행된 실험의 경우 현장에서의 다 짐과 큰 차이가 발생하여 물리적 특성의 변동이 우려된 다. 따라서 현장에서의 롤러 전압 과정을 실내에서 모사 하기 위해 Fig. 5의 Vibrating Hammer와 몰드 형상 별 다짐판 제작을 통해 각 층별 다짐을 실시하였다. 다 짐판 테두리에 모르타르가 올라오는 시점을 적정 다짐 시간으로 판단하였으며, 총 3층 다짐으로 공시체를 제 작하였다.
3.2. 동결 - 융해 저항성 시험
동절기 동해로 인한 콘크리트의 열화는 다양한 균열 발생 및 박리 현상으로 내구성의 저하를 야기시킨다. 열 화의 메커니즘은 황효재(2010) 등의 연구에서 미동결수 동결에 의한 체적팽창을 원인으로 하는‘수압설’, ‘정수 압설’, ‘침투압설’과 골재 내부의 수분 동결로 인한‘골 재의 팽창설’로 구분되었다. 본 연구에서는 Fig. 6의 실 험 장비를 사용하여 롤러 전압 콘크리트의 성능 및 내구 성 유지를 확인하기 위해 KS F 2456에 의거한‘기중 동결 후 수중융해 방법(B법)’으로 실험을 진행하였다.
Table 3. Mixture Proportion
RCCGmax (mm)
Slump (mm)
Air (%)
W/C (%)
S/a (%)
Unit weight (kg/m3) Admixture : notes of table 2 W C S G PNS AE-1 AE-2 19 1 2(±1) 45 53 147 280 1285 864 - - -
PCC Gmax
(mm) Slump
(mm) Air (%)
W/C (%)
S/a (%)
Unit weight (kg/m3) Admixture
W C S G AE agent
25 40 5~7 45 47 166 370 863 1,001 C×0.3% range
Table 4. Results of Vebe Test
Elapsed time Vebe time(s)
RCCP (Normal) RCCP + PNS
0 min 50 20
30 min 70 40
1 hr 96 48
2 hr 95 43
3 hr 120 75
Fig. 5 Specimens Production of Using Vibrating Hammer
(a) Freezing and Thawing Tester
(b) Dynamic Elastic Modulus Measurement Tester
Fig. 6 Freezing-Thawing Resistance Measurement
Equipment
100×100×400mm 크기의 정방형 각주 공시체를 제 작하여 14일간 습윤 양생 후 사용하였으며, 1사이클간 소요 시간은 3시간으로 총 300사이클까지 진행하였다.
각 공시체별 상대동탄성계수는 30사이클을 주기로 측 정하고, 기준에 따라 상대동탄성계수가 60% 이하일 경 우 즉시 실험을 중단하며 아래의 Eq. (1)를 이용하여 상대동탄성계수를 계산한다.
여기서,
`:`동결 융해 C사이클 후의 상대동탄성계수(%)
`:`동결 융해 0사이클에서의 변형 진동의 1차 공명 진동수(Hz)
`:`동결 융해 C사이클 후의 변형 진동의 1차 공명 진동수(Hz)
내구성지수(Durability Factor)는 Eq. (2)를 이용하 여 계산한다.
여기서,
`:`시험용 공시체의 내구성 지수
`:` 사이클에서의 상대동탄성계수(%)
`:`상대동탄성계수가 60%가 되는 사이클 수 또는 동결 융해 노출이 끝나게 되는 순간의 사이클 수
`:`동결 융해에의 노출이 끝날 때의 사이클 수
3.3. 스케일링 시험(Scaling Test)
스케일링(Scaling)은 콘크리트에 동결융해와 더불어 도로에 살포된 제설재 및 염분 등의 화학 작용으로 인 해 콘크리트 표면의 열화에 따른 박리현상과 골재의 노 출이 발생되는 현상이다. 본 시험은 ASTM C 672를 기준하여 Fig. 7(a)와 같이 100×300×300mm 크기 의 정방형 공시체를 제작하였으며, 공시체 표면에 약 20mm 높이의 아크릴판을 설치하여 시험 용액을 일정 수위로 균등하게 분포시켰다. 시험용액은 증류수 100ml당 4g의 염화칼슘을 가하여 제조되었고, 17시간 동결과 7시간 융해를 1사이클로 하여 총 50사이클간 진행되었다.
시험 진행간 공시체 표면 상태는 5, 10, 15, 25, 50사이 클에서 Table 5를 참고하여 표면 박리(Mass of scaled off particles) 저항성의 육안 평가를 실시하였고, 박리량 의 측정을 통하여 공시체의 중량 손실량을 측정하였다.
3.4. 공기량 및 기포간격계수 시험
롤러 전압 콘크리트 내부의 공기량 및 기포간격계수 의 측정을 위해 ASTM C 457에 의거한 화상분석 실험 을 실시하였다. 이 시험법은 현미경에 의해 확대된 콘크
(a) Specimens Model
(b) Proceed in Accordance with the Specimen Type
Fig. 7 Scaling Test Appearance in Progress
Table 5. Rating of Surface Condition according to the Visual Observation (ASTM C 672)
Type Surface condition
0 no scaling
1 Very slight scaling
(3mm depth max no coarse aggregate visible) 2 Slight to moderate scaling
3 Moderate scalling(some coarse aggregate visible) 4 Moderate to severe scaling
5 Severe scaling
(coarse aggregate visible over entire surface)
(1)
(2)
리트 표면에 나타난 공극의 크기, 개수 등을 육안으로 관측하여 실셈을 통한 필요 계수를 계산해 내는 방식이 며 본 실험에서는 화상분석 기법 중 Linear Traverse 기법으로 진행하였다.
Fig. 8은 Linear Traverse 기법의 개략도이다. 공시 체를 광학 현미경 아래 수직, 수평 방향으로 이동가능한 장치 아래에 놓고 관측하며 공시체 전체 표면에 분포된 횡선의 수만큼 현미경의 십자선을 따라 측정한다(윤경구, 2004). 사용 공시체는 지름 100mm의 코어링 공시체를 절단하여 사용하고, 절단 직후의 공시체는 SiC 파우더를 통해 연마를 실시하며 최초 60번 연마제에서 시작하여 100번, 200번, 320번, 420번의 연마제를 거쳐 최종 600 번 연마제 순서로 연마를 실시하였다. 연마 작업 종료 후, 시료 표면의 공극으로 침입된 이물질 제거를 위하여 강한
수압으로 표면을 깨끗이 세척한 뒤 실험을 진행하였다. 4. 실험 결과 및 분석
4.1. 동결 - 융해 저항성 시험 결과
아래의 Fig. 10은 1차 실험으로 포장용 PCC와 혼화 제 무첨가 RCC인 Ref, PNS가 첨가된 RCC 유형에 대 해 상대동탄성계수를 측정한 결과이다. PCC는 상대동 탄성계수의 최초 측정 이후 약 13% 정도의 상대동탄성 계수 감소량을 유지한 채 내구성이 유지되는 것을 확인 하였다.
하지만 혼화제 무첨가 RCC는 200 사이클 이후까지 양호한 내구성을 유지하는 듯 보였으나 급속한 상대동 탄성계수 저하가 발생하며 270 사이클에서 공시체가 파괴되었고, PNS가 첨가된 RCC의 경우 210 사이클에 서 조기 파괴가 발생되었다. 따라서 AE제의 무첨가로 공기연행이 이뤄지지 않은 롤러 전압 콘크리트의 동결- 융해 저항성은 일반 PCC에 비해 취약한 것으로 확인되 었다.
Fig. 8 Schematic Description of Typical Test Procedure for the ASTM C 457 (Yun, Kyong-Ku, et al, 2004)
(a) TheTest Specimen
(b) Surface Polishing
(c) Experimental Appearance
Fig. 9 Experimental Procedure
Fig. 10 Relative Dynamic Modulus of Elasticity of according
to the Freezing-Thawing Test (Non-Air Entraining)
Fig. 11의 그래프는 2차 실험으로서 PNS 이외에 일 반 및 고성능 AE제의 혼입률을 조정하여 공기연행을 실시한 RCC 공시체의 상대동탄성계수 측정값이다. 실
험 종료 시기인 300 사이클까지 매우 비슷한 상대동탄 성계수의 감소추세를 보이고 있으나, 4가지 유형 모두 의 상대동탄성계수가 도로공사 시방서의 내구성 기준 인 80% 이상을 상회하는 결과를 나타내고 있다. 이를 통해 롤러 전압 콘크리트의 내동해성 향상을 도모하기 위한 방법으로 AE제를 통한 공기연행이 필요할 것으로 판단된다.
4.2. 스케일링 시험 결과
제설재로 인하여 열화가 진행된 공시체의 표면을 ASTM C 672의 육안에 의한 표면 평가에 의거하여 분 석한 결과는 Table 6과 같다.
AE제가 무첨가된 RCC는 육안 평가 결과, 굵은 골재 의 노출과 표면의 넓은 면적에 대한 열화가 발생되어
‘Moderate to severe scaling’으로 판단되었다. 그러
Fig. 11 Relative Dynamic Modulus of Elasticity of according
to the Freezing-Thawing Test (Air Entraining)
Surface condition
0Cycle 25Cycle 50Cycle After 50Cycle
PCC No scaling(0)
RCCP (Ref)
Moderate to severe scaling
(4)
RCCP + PNS
Moderate to severe scaling
(4)
RCCP + PNS
+ AE-1 (0.05%)
Slight to moderate scaling
(2)
Table 6. Change of Surface Condition due to Scaling Resistance
<Table Continued>
나 AE제의 첨가로 공기연행이 이뤄진 RCC의 경우, 혼 입률에 따라 상호간의 차이를 나타내었으나 0.1% 정도 의 혼입을 실시한 공시체는 표면상태가‘Very slight scaling’으로 평가되어 스케일링 저항성이 크게 개선되 었음을 확인하였다.
Fig. 12의 그래프는 스케일링 시험 진행간 5, 10, 15, 25, 50사이클별 측정한 박리 손실량을 기반으로 공시체 의 총 중량 손실률을 산출하여 나타낸 것이다. AE제가 무첨가된 RCC의 경우 0.2% 이상의 높은 중량 손실률 을 나타냈으나, AE제 혼입률이 적정량 이상의 RCC는 성능에 상관없이 상대적으로 극소량의 중량 손실률이 발생했음을 확인할 수 있다. 따라서 AE제의 성능과는 무관하게 혼입률이 적정량 이상으로 확보되어야 스케일 링 저항성이 개선될 것으로 판단된다.
4.3. 공기량 및 기포간격계수 측정 결과
아래의 Fig. 13은 공기량 및 기포간격계수의 상관관 계를 나타낸 그래프이다. 공기량 및 기포간격계수는 제 작된 각각의 공시체 유형별로 2개씩 측정하였으나 Ref 의 경우, 2개의 현장 코어링 공시체 측정값을 추가하여 그래프에 나타내었다. AE제 무첨가로 공기연행이 미실 시된 RCC의 경우 공기량의 범위는 1~2%에 다량의 분 포를 보였으며, 기포간격계수는 약 320~450μm의 범 위로 측정되었다. 이 경우 공기량은 선행 연구에서 제시 된 1.5%의 하한선에 근접하였으나 기포간격계수는 제 안된 수치인 250μm를 크게 상회하는 결과를 나타내는 것을 확인하였다.
이와 반대로 AE제를 첨가한 RCC의 경우 공기연행
Fig. 12 Weight Reduction Rate after Surface Resistance Test of 50cycles
Fig. 13 Relationship Between Air-Void and Air Spacing Factor
RCCP + PNS
+ AE-1 (0.1%)
Very slight scaling
(1)
RCCP + PNS
+ AE-2 (0.05%)
Slight to moderate scaling
(2)
RCCP + PNS
+ AE-2 (0.1%)
Very slight scaling
(1)
Weight loss(%)
Type of Specimen Air-Void(%)
Air-Spacing Factor(㎛)
효과로 2~3% 범위에 많은 공기량 분포가 발생하였으 며, 200~300μm 범위의 감소된 기포간격계수를 확보 함으로써 이전보다 약 1% 높은 수치의 공기량과 조밀한 기포간격이 형성되었음을 확인 가능하다.
4.4. 장기 내구성과 기포간격계수의 상관관계 분석 Fig. 14는 장기내구성 분석을 위해 실험으로 산출한 내구성 지수(DF)와 기포간격계수의 상관관계를 나타낸 것이다. AE제의 첨가로 공기연행을 실시한 RCC의 모 든 유형이 약 200~300μm의 기포간격계수를 나타냄에 따라 Luhr, D. R.(2006) 연구에서 우수 내구성 확보를 위한 범위인 250μm에 근접하는 것을 확인할 수 있다.
또한 기포간격계수의 증가에 따른 급격한 내구성 지 수의 감소가 발생함에 따라 롤러 전압 콘크리트의 장기 내구성은 공기량보다 기포간격계수와 밀접한 관련이 있 는 것으로 판단된다. 따라서 적정 기포간격계수 확보 및 장기 내구성 개선을 위하여 적정 AE제 혼입을 통한 연 행 공기량 2~3%와 기포간격계수 약 200~300μm의 조 건을 충족해야 할 것으로 판단된다.
5. 결론
본 연구에서는 롤러 전압 콘크리트 포장의 공기량 및 기포간격계수의 측정과 내구성 실험을 실시하였다. 이 를 통하여 콘크리트 내부 공극 상태와 장기 내구성에 대 한 상관관계를 분석하여 개선책을 제시하고자 하였으 며, 주요 결론은 다음과 같다.
1. AE제의 무첨가로 공기연행이 미실시한 롤러 전압 콘 크리트는 실험 종료 이전에 공시체의 파괴가 발생되 어 동결-융해 저항성은 일반 PCC에 비해 취약한 것
으로 판단되었다. 하지만 AE제의 성능 및 혼입률을 조정하여 공기연행을 실시한 경우 실험 종료 시기까 지 매우 비슷한 상대동탄성계수의 감소추세를 나타 내었고, 상대동탄성계수가 도로공사 시방서의 내구 성 기준인 80% 이상을 상회하는 결과를 나타내고 있다. 따라서 롤러 전압 콘크리트의 내동해성 향상 을 위하여 AE제를 통한 공기연행이 필요할 것으로 판단된다.
2. 롤러 전압 콘크리트에 AE제의 혼입률이 낮거나 무 첨가된 RCC의 경우는 박리로 인한 높은 중량 손실 률과 심각한 표면 열화를 나타냈으나, 적정량 이상 의 혼입률에서는 상대적으로 극소량의 박리량과 우 수한 표면 상태를 유지하였다. 따라서 적정 AE제 혼 입 시 스케일링 저항성의 개선이 가능할 것으로 판 단된다.
3. AE제가 무첨가된 RCC의 경우 공기량 범위는 1~2%
에 분포가 많았으며, 기포간격계수는 약 320~450μm 의 범위로 측정되었고, AE제가 첨가된 RCC에서는 공기연행 효과로 2~3% 범위에 공기량 분포와 약 200~300μm 범위의 기포간격계수로 이전보다 조밀 한 기포간격이 형성되었다.
4. 실험을 통해 도출된 내구성지수(DF)와 기포간격계수 간의 관계를 분석한 결과, 롤러 전압 콘크리트 포장 의 장기 내구성은 기포간격계수와 밀접한 관련이 있 으며 기포간격계수는 약 200~300μm를 확보해야 할 것으로 판단된다.
따라서 롤러 전압 콘크리트의 장기 내구성을 확보하 기 위해 PNS와 같은 고성능 감수제와 더불어 AE제를 통한 공기연행이 이뤄져야 할 것으로 판단된다. AE제 는 적정 혼합률 이상이 확보되어야 하며, 이를 통해 연 행될 공기량은 약 2~3%, 기포간격계수 200~300μm를 충족해야만 롤러 전압 콘크리트 포장의 장기 내구성이 우수한 품질을 나타낼 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 “온실가스 배출 최소화를 위한 친환경 포장도로
(Eco-Road)” 연구단을 통하여 지원된 국토교통부(국토 교통
과학기술진흥원) 건설기술혁신사업에 의하여 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
REFERENCES
ACI 325.10R-25, Report on Roller Compacted Concrete pavements.
Farshid Vahedifard., Mahmoud Nili., Christopher L. Meehan., Fig. 14 Correlation Between Durability Factor and Air-
Spacing Factor
Durability Factor(%)
Air-Spacing Factor(㎛) Marginal Satisfatory
Unsatisfactory
Air Entraining Non-Air Entraining
